金属の炎色反応

写真提供：中條　敏明氏

わたしたちが目にする光は、太陽光や、それが物体に反射した光だけではありません。ものが燃える時に出る炎も、光を放っています。
炎の色といえば、赤色を思い浮かべるのではないでしょうか。しかし、実際は、赤い炎だけではありません。
右の図は、さまざまな金属を燃やした実験の写真です。これをみると、炎の色は赤だけでなく、さまざまな色があることが分かります。この色は、ナトリウムなら黄色、銅なら青緑というように、金属の種類によって違っています。
このように、金属を燃やしたときに、その金属の種類（「元素」と言います）によって決まった色を放出することを、「炎色反応」といいます。

炎色反応は、とても小さな世界で起こっています。
金属は、とても小さな「原子」がたくさん集まってできています。1個の原子には、中心に1個の「原子核」があり、その周りをいくつかの「電子」が回っています（電子の数は元素によって違います）。
電子は原子核の周りにある、決まったコースを回っています。このコース以外の場所を、勝手に回ることはできません。

ところが、原子が加熱されると、電子は熱のエネルギーを吸収して、外側にある別のコースに「ジャンプ」します。この時、電子が持つエネルギーは、吸収した熱エネルギーの分だけ高くなっています。
しかし、この新しいコースは原子核から遠く離れて、不安定なので、電子は元の安定したコースにすぐにもどってしまいます。そのとき、吸収していたエネルギーを、光として放出します。

つまり、電子が内側のコースと、外側のコースにいる時には持っているエネルギーが違い、この「エネルギーの差」が光のエネルギーになるのです。
炎色反応の色の違いは、このような「電子のジャンプ」のしかたが、元素によって異なり、放出される光のエネルギーが違うためです。光のエネルギーが違えば、光の波長も違ってくるので、元素によって特有の色が見えるようになります。